不确定性下闭环供应链稳定性研究

摘要

闭环供应链系统复杂程度高，不确定性问题也表现得相当突出。由于供应链不仅包含有节点企业间的各种关系，是人治系统，同时也包含如库存系统的反馈控制系统，是自治系统，因此，闭环供应链的不确定性问题可以从两个层面来讨论：①供应链关系层面，讨论不确定性对闭环供应链各节点之间关系的影响；②供应链运作层面，讨论不确定性对闭环供应链拓扑结构（特别是库存系统）的运作影响。
　　不确定性问题研究有两类方向：一类是研究如何在不确定性下实现系统的优化，即不确定性优化；另一类则是研究如何在不确定性下保持系统的稳定性。稳定性是系统最基本的固有性质，一个系统要能正常的发挥功效，首先必须是稳定的。但现有文献对闭环供应链不确定性问题的研究多集中于不确定性优化，对不确定性下的供应链稳定性研究相对较少。本论文从供应链关系层面和供应链运作层面分别研究不确定性下闭环供应链的稳定性，重点讨论不确定性下闭环供应链联盟关系稳定性、多级库存系统运作稳定性、及逆向物流干扰恢复（稳定性恢复）等问题：
　　1.讨论不确定性下闭环供应链联盟关系稳定性，构建一个制造商、两个价格竞争零售商和两个价格竞争第三方回收商组成的闭环供应链，在需求与回收均为随机不确定下，研究不同市场主导力量（制造商主导、零售商主导、无领导市场）和结盟情况对闭环供应链各成员最优决策的影响，并通过各成员利润占比结构的变化，来考察不确定性对零售商价格联盟、第三方回收商价格联盟关系稳定性的影响。研究表明，1）环境的不确定性对闭环供应链价格联盟关系稳定性具有显著影响。无论市场主导力量为何，随着回收不确定性的增加，零售商、第三方回收商联盟稳定性均随之增加。但第三方回收商联盟的稳定性要强于零售商联盟的稳定性；2）不同的市场主导力量下，零售商联盟和第三方回收商联盟的稳定程度有所不同，零售商联盟稳定程度在零售商主导的市场中最高，在无领导市场中次之，在制造商主导的市场中最低；而第三方回收商联盟的稳定程度在无领导市场中最高，在零售商主导的市场中次之，在制造商主导的市场中最低。
　　2.进一步考察政府补贴的注入对不确定性下闭环供应链价格联盟关系稳定性的影响。研究在需求与回收均为随机不确定下，政府补贴作用于第三方回收商的回收数量、和作用于制造商再制造时，不同政府补贴率对闭环供应链各成员最优决策的影响，及对零售商价格联盟、第三方回收商价格联盟关系稳定性的影响。最后，还通过对政府补贴机制的设计，实现基于经济-环境效益最大化的回收决策。研究表明，1）综合看来，制造商、第三方回收商总在政府补贴作用于自身时，其利润占比结构占优；而零售商则在无政府补贴时利润占比结构占优。因此，政府补贴的注入，增强了不确定性下第三方回收商联盟的稳定程度，而削弱了零售商联盟的稳定程度；2）随着城市化进程的推进，单位回收再制造所产生的环境效益将日益增大，政府为激励企业选择经济-环境效益最大化回收决策的补贴率也将随之增大。因此，政府应尽早介入对废旧物品回收再制造的补贴，不仅能发展回收再制造产业，减轻环境危机，同时也能使政府财政支出控制在较低水平，是“多赢”的选择。
　　3.讨论不确定性下闭环供应链库存系统运作稳定性，构建由零售商、制造商、原材料商和第三方回收商组成的闭环供应链多级库存系统，利用 SD方法在需求阶跃的外部输入下进行动态仿真，通过对十一个仿真参数（延迟函数类型、零售商库存调整系数、制造商库存调整系数、原材料商库存调整系数、回收商库存调整系数、交货延迟时间、产品生产时间、原材料生产时间、分检处理时间、再利用原材料所占比例、可再利用占回收总量的比例）的设置，来确定该多级库存系统运作稳定的临界条件及稳定域。研究发现，1）库存系统运作稳定性与各节点延迟函数类型的相关性很大；2）回收商库存环路中的系统参数，可再利用占回收总量比例（V_r_c），会对回收商库存环路的运作稳定性边界产生显著影响，其影响大致可描述为：可再利用占回收总量比例（V_r_c）越大，纯延迟下回收商库存环路运作稳定性区域越小。
　　4.进一步对闭环供应链库存运作稳定域内节点企业的不确定性优化进行研究。选取回收商库存环路为研究对象，1）确定其稳定域内稳定性指标（ITAE、订单最大超调量）的Pareto最优点分布区域；2）选择其中一个Pareto最优点所代表的系统参数组合来构建回收商模型，有别于现有文献中直接由给定的系统参数来构建模型，保证了所构建模型具有最优化的稳定性系统结构；3）通过回收努力因子将回收市场的模糊不确定性综合转化到回收价格上，设计基于模糊模拟的单纯形算法，对带模糊参数的回收商库存模型进行优化。
　　5.讨论逆向物流中的干扰恢复（稳定性恢复），以车辆维修逆向物流为研究对象，研究车辆维修流程执行过程中突然受到顾客服务时间窗和服务需求量变化而产生的干扰的恢复问题。从干扰管理的角度，提出了车辆维修扰动恢复策略、扰动度量方法和车辆维修扰动恢复问题的转化方法，构建带有顾客车辆维修时间窗和维修需求量变动的扰动恢复模型。并对模型的干扰管理优化结果、按原维修流程执行结果、及重新分配维修计划结果等三种干扰不同处理方式下的执行结果进行对比，证明了以系统扰动最小化为目标的干扰管理方法在车辆维修逆向物流扰动恢复问题上的有效性。
　　本文的主要创新点可概括为如下三点：
　　1.针对不确定性对闭环供应链联盟关系稳定性的影响进行研究。目前对供应链联盟关系的研究主要集中在确定性环境和正向供应链中，但随着循环经济的不断发展，闭环供应链中的联盟关系实践将越来越丰富。本论文针对不确定性下闭环供应链价格联盟关系的研究，丰富了供应链联盟关系的研究内容。
　　2.研究了闭环供应链多级库存系统的运作稳定性，并进一步在库存运作稳定域内对回收商库存模型进行不确定性优化。现有文献研究库存运作稳定性主要集中在正向供应链领域，而闭环供应链受不确定性影响程度更深，研究闭环供应链多级库存系统的运作稳定性有其现实意义。随后选取运作稳定域内稳定性指标Pareto最优的参数构建回收商库存模型，与其他直接由给定系统参数构建的回收商模型相比，该回收商模型更具稳定性的系统结构。
　　3．将干扰管理引入逆向物流干扰恢复(稳定性恢复)问题的研究中。干扰管理以系统扰动最小化为目标，非常符合现代供应链的发展需求。目前干扰管理在闭环供应链或逆向物流领域的运用尚属少见。而企业的各种返修、售后等逆向物流是最能提高顾客满意度的环节，也是最容易因顾客原因而产生干扰的环节，因此，将干扰管理引入逆向物流干扰恢复问题中，有其现实价值。

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中文摘要

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路、框架、内容及创新点

第二章 相关理论及概念界定

2.1 相关理论

2.2 概念界定

第三章 不确定性对闭环供应链价格联盟关系稳定性的影响

3.1引言

3.2模型描述

3.3制造商Stackelberg博弈的闭环供应链联盟模型

3.4零售商Stackelberg博弈的闭环供应链联盟模型

3.5制造商和零售商Nash均衡下的闭环供应链联盟模型

3.6数值仿真

3.7不同主导力量及结盟情况下闭环供应链的最优决策分析

3.8不确定性对闭环供应链价格联盟关系的影响

3.9小结

第四章 政府补贴对不确定性下价格联盟关系稳定性的影响

4.1引言

4.2模型描述

4.3不同政府补贴作用主体下的闭环供应链模型

4.4数值仿真

4.5政府补贴对不确定性下闭环供应链价格联盟关系的影响

4.6基于经济-环境效益最大化的政府补贴机制设计

4.7小结

第五章 不确定性下闭环供应链库存系统运作稳定性研究

5.1引言

5.2闭环供应链库存系统动力学模型

5.3不确定性下的系统仿真

5.4库存系统运作稳定性分析

5.5本章小结

第六章 库存运作稳定域内回收商模型不确定性优化

6.1引言

6.2稳定域内的稳定性指标优化

6.3稳定性指标Pareto最优点的回收商模型构建

6.4基于模糊模拟的单纯形算法

6.5稳定性指标Pareto最优点的回收商模型优化

6.6本章小结

第七章 逆向物流干扰恢复问题的干扰管理优化

7.1引言

7.2车辆维修逆向物流干扰恢复问题的干扰管理优化

7.3本章小结

第八章 总结与展望

8.1 研究总结

8.2 研究展望

参考文献

攻读博士研究生期间主要成果

致谢